{"id":148653,"date":"2024-07-29T07:23:00","date_gmt":"2024-07-29T05:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=148653"},"modified":"2024-07-23T15:00:38","modified_gmt":"2024-07-23T13:00:38","slug":"lignocellulosisch-in-die-zukunft-wirtschaftliche-verarbeitungslosungen-fur-biopolymere","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/lignocellulosisch-in-die-zukunft-wirtschaftliche-verarbeitungslosungen-fur-biopolymere\/","title":{"rendered":"Lignocellulosisch in die Zukunft: Wirtschaftliche Verarbeitungsl\u00f6sungen f\u00fcr Biopolymere"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Nachhaltigkeit ist mehr als nur Recycling. Nachhaltigkeit beginnt schon bei der Auswahl des Werkstoffs. Deshalb gewinnen sogenannte gr\u00fcne Kunststoffe mit Blick auf eine nachhaltige Kunststoffwirtschaft an Bedeutung. Biokunststoffe und biobasierte Werkstoffe er\u00f6ffnen technisch interessante Perspektiven und unterst\u00fctzen Unternehmen in ihren Strategien zur Nachhaltigkeit.<\/p>\n\n\n

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\"Auch
Auch Produkte des t\u00e4glichen Lebens wie etwa Kaffee-Kapseln werden bereits aus Biopolymeren hergestellt. \u00a9 G\u00fcnther<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Biokunststoffe wurden zun\u00e4chst als Alternative zu petroleumbasierten Kunststoffen entwickelt. Der Anteil an Biokunststoffen w\u00e4chst laut European Bioplastics stetig, da sie in zahlreichen M\u00e4rkten f\u00fcr mehr und anspruchsvollere Produkte verwendet werden. Deshalb wird eine Ausweitung der Produktionskapazit\u00e4ten auf etwa 6,3 Millionen Tonnen im Jahr 2027 erwartet. Dies ist auch zur\u00fcckzuf\u00fchren auf die starke Entwicklung von Polymeren wie Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polymilchs\u00e4ure (PLA), biobasierten PAs (Polyamide) sowie einem stetigen Wachstum von biobasiertem Polypropylen (PP).<\/p>\n\n\n\n

Derzeit wird noch Rohmaterial der ersten Generation verwendet; der Wechsel auf die zweite Generation ist angestrebt. Sogenannte Erste-Generation-Rohstoffe sind St\u00e4rke, Zucker oder Zellulose. F\u00fcr die zweite Generation k\u00f6nnten die Ausgangsmaterialien auch lignocellulosisch sein \u2013 etwa Zucker aus Bagasse, Stroh oder Biomasse. Es existieren auch Konzepte zur direkten Umwandlung von CO2 <\/sub>oder CH4 <\/sub>in gr\u00fcne Bausteine, um den landwirtschaftlichen Schritt komplett zu \u00fcberspringen. <\/p>\n\n\n\n

So wird die Anbaufl\u00e4che f\u00fcr nachwachsende Rohstoffe zur Herstellung von Biokunststoffen auf 0,8 Millionen Hektar gesch\u00e4tzt und macht damit nur etwas mehr als 0,01 Prozent der weltweiten Agrarfl\u00e4che aus, die bei rund f\u00fcnf Milliarden Hektar liegt. Bezogen auf die verf\u00fcgbare landwirtschaftliche Fl\u00e4che ist dieser Anteil noch minimal und wird keine Konkurrenz zwischen den nachwachsenden Rohstoffen f\u00fcr Nahrungs- und Futtermittel und der Produktion von Biokunststoffen befeuern. <\/p>\n\n\n\n

Zurzeit sind Biokunststoffe im Marktvergleich teilweise noch hochpreisig; bis zu einem Viertel der Fertigungskosten entfallen demnach auf die Materialkosten. Dieser Umstand l\u00e4sst viele Verarbeiter nach wirtschaftlichen L\u00f6sungen bei der Verarbeitung suchen. Hier kommt die Hei\u00dfkanaltechnik ins Spiel, denn sie erm\u00f6glicht beim Spritzgie\u00dfen k\u00fcrzere Zykluszeiten und spart Material und Kosten.<\/p>\n\n\n\n

Wirtschaftliche Verarbeitungsl\u00f6sungen gesucht<\/h3>\n\n\n\n

Noch ist der Erfahrungsschatz mit den zum Teil anspruchsvoll zu verarbeitenden, thermosensiblen Bio-Materialien gering; Verarbeitungsempfehlungen gibt es nur wenige. Der Spezialist im Bereich Hei\u00dfkanal- und Kaltkanaltechnik G\u00fcnther Heisskanaltechnik f\u00fchrte daher Materialversuche mit unterschiedlichen Bio-Polymeren im hauseigenen Technikum durch. F\u00fcr die Durchf\u00fchrung der Versuche wurden Standard-D\u00fcsen in verschiedenen Ausf\u00fchrungen eingesetzt. So kamen offene und Nadelverschlussd\u00fcsen mit unterschiedlichen Querschnitten sowohl mit konventioneller als auch mit Dickschichtbeheizung zum Tragen. F\u00fcr die Versuche wurden unterschiedliche Probek\u00f6rper mit Volumina zwischen 1 und 8 Kubikzentimeter gespritzt. Bewertet wurde die generelle Verarbeitbarkeit, das Formf\u00fcllverhalten anhand von F\u00fcllstudien, die Qualit\u00e4t des Anspritzpunktes und das Verhalten nach einer simulierten Prozessunterbrechung.<\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse der Materialversuche zeigten, dass sich Bio-Polymere unterschiedlicher Hersteller erfolgreich mit den Hei\u00dfkanal-Systemen verarbeiten lassen. Die verschiedenen PLA-Compounds lie\u00dfen sich in einem weiten Prozessfenster in einem stabilen Prozess gut verarbeiten. J\u00f6rg Essinger, Leiter Anwendungstechnik bei G\u00fcnther, sagte nach dem Projekt: “Es zeigt sich einmal mehr, dass sich die Blueflow-D\u00fcse gerade bei thermoempfindlichen Materialen bew\u00e4hrt. Die Blueflow-D\u00fcsentechnologie erm\u00f6glicht eine sehr viel pr\u00e4zisere und stabilere Temperaturf\u00fchrung als g\u00e4ngige Heizer. So ist beispielsweise eine hohe Leistungskonzentration im vorderen D\u00fcsenbereich realisierbar, was auch einen positiven Effekt auf die Prozessstabilit\u00e4t und die Formteilgenaugkeit hat. Sie bietet damit die beste Voraussetzung f\u00fcr die Verarbeitung zum Beispiel von Polylactid (PLA).<\/p>\n\n\n\n

Prozesssicher verarbeiten mit Hei\u00dfkanal<\/h3>\n\n\n\n
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\"Das<\/a>
Das Versuchswerkzeug ist so aufgebaut, dass auswerferseitig Wechseleins\u00e4tze mit verschiedenen Ausf\u00fchrungen von Probek\u00f6rpern eingesetzt werden k\u00f6nnen. \u00a9 G\u00fcnther<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Auch Materialversuche mit den PHA-Typen von Bio-Fed, einem Tochterunternehmen von Akro-Plastic, wurden im Technikum durchgef\u00fchrt. Sie sind thermisch noch empfindlicher, und die Scherbelastung ist kritischer zu bewerten. F\u00fcr die Durchf\u00fchrung wurde ein Zweifach-Versuchswerkzeug von G\u00fcnther eingesetzt. Das Werkzeug war so aufgebaut, dass auswerferseitig Wechseleins\u00e4tze mit verschiedenen Ausf\u00fchrungen von Probek\u00f6rpern eingesetzt werden konnten. F\u00fcr die Versuche mit der offenen Hei\u00dfkanald\u00fcse wurde eine “Scheibe” als Probek\u00f6rper und f\u00fcr die Nadelverschlussd\u00fcse ein “Zugstab”-Probek\u00f6rper gew\u00e4hlt. Die D\u00fcsenseite kann wahlweise mit offenen D\u00fcsen mit Spitze oder mit Nadelverschlussd\u00fcsen ausgef\u00fchrt werden.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Versuche mit offenem Hei\u00dfkanal kamen zwei 6SHF80-D\u00fcsen von G\u00fcnther zum Einsatz, bei denen die W\u00e4rme \u00fcber die W\u00e4rmeleitspitze aus einem gut w\u00e4rmeleitenden Metall in den Anspritzpunkt geleitet wird. Hierdurch wird ein weitestgehend gleichm\u00e4\u00dfiges \u00d6ffnungsverhalten der Anspritzpunkte in Verbindung mit einer guten Qualit\u00e4t des Anspritzpunktes erzielt. F\u00fcr die Versuche wurde der Probek\u00f6rper “Scheibe” mit einem Anspritzpunkt-Durchmesser von 1,2 Millimeter gew\u00e4hlt; die Hei\u00dfkanald\u00fcse wurde mit dem Nennma\u00df 80 Millimeter in den Vorkammereinsatz eingesetzt. Verarbeitet wurden die Bio-Polymere der Typen M-Vera GP 1045 und GP 1012 bei einer Verarbeitungstemperatur von 150 Grad Celsius (Spritzaggregat und Hei\u00dfkanal) und einer Werkzeugtemperatur von 40 Grad Celsius. Der Verarbeitungsprozess verlief stabil ohne Druckschwankungen. Danach wurde die Hei\u00dfkanal-D\u00fcsentemperatur schrittweise auf 135 Grad Celsius reduziert, ohne dass es zu Prozessschwankungen kam. Nach einer simulierten Prozessunterbrechung von 15 Minuten war das Wiederanfahren ohne Einschr\u00e4nkungen m\u00f6glich. Als gut zu bewerten war auch die Anspritzpunkt-Qualit\u00e4t der D\u00fcse mit Spitze.<\/p>\n\n\n\n

Bei dem Materialtyp GP 1012 wirken Naturfasern als Nukleierungsmittel. Um diesen Effekt zu testen, wurde bei beiden Materialtypen die K\u00fchlzeit auf ein Minimum reduziert und das Auswerfverhalten verglichen. Die Probek\u00f6rper aus GP 1012 konnten nach einer K\u00fchlzeit von mehr als drei Sekunden entformt werden, ohne dass die Artikel eine Deformation zeigten. Bei einer K\u00fchlzeit weniger\/gleich drei Sekunden ist eine leichte Deformation erkennbar. Beim Entformen der Probek\u00f6rper aus GP 1045 ist eine K\u00fchlzeit von mehr als acht Sekunden erforderlich, um die Teile ohne Verzug zu entformen. Um die Prozessf\u00e4higkeit \u00fcber einen etwas l\u00e4ngeren Zeitraum zu pr\u00fcfen, wurden anschlie\u00dfend beide Materialtypen jeweils mehr als eine Stunde mit den optimierten Parametern verarbeitet; die Auswerte-Grafiken zeigen einen konstanten Prozess \u00fcber diesen Zeitraum.<\/p>\n\n\n\n

Pr\u00e4ziser im \u00d6ffnungsverhalten<\/h3>\n\n\n\n
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\"Die<\/a>
Die \u201eStab\u201c-Probek\u00f6rper mit den beiden Bio-Polymere-Typen M-Vera GP 1045 und GP 1012. \u00a9 G\u00fcnther<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

<\/a>F\u00fcr den Versuch mit dem Nadelverschluss-System wurden zwei Hei\u00dfkanal-D\u00fcsen vom Typ 8NHT2-80LA eingesetzt. Bei einem Nadelverschluss-System ist das \u00d6ffnungsverhalten noch pr\u00e4ziser und die Qualit\u00e4t des Anspritzpunktes in Bezug auf Optik und Haptik am besten. Der Anspritzpunkt betrug zwei Millimeter. Im Einsatz waren Verschlussnadeln vom Typ 3NHP, die mit einer maximalen Nadelschlie\u00dfkraft von 800 Newton \u00fcber ein pneumatisch bet\u00e4tigtes Einzelnadelventil bewegt werden. Der gew\u00e4hlte “Stab”-Probek\u00f6rper hatte eine Wanddicke von zwei und eine Flie\u00dfwegl\u00e4nge von rund 90 Millimeter. Beide Bio-Polymere-Typen M-Vera GP 1045 und GP 1012 haben sich bei einer Hei\u00dfkanal-Temperatur von 150 Grad Celsius und einer Werkzeugtemperatur von 40 Grad Celsius in einem stabilen Prozess verarbeiten lassen. Es konnten bei gleicher D\u00fcsentemperatur eine gleichm\u00e4\u00dfige F\u00fcllung der Kavit\u00e4ten beobachtet werden.<\/p>\n\n\n\n

Die maximale Nachdruckzeit, bei der die Nadeln noch sicher schlie\u00dfen, liegt bei 18 Sekunden. Sobald die Nachdruckzeit \u00fcber diese 18 Sekunden hinausgeht, ist mit einem \u00dcberladen des Artikels im Bereich des Anspritzpunktes und einem nicht mehr korrekten Schlie\u00dfen der Nadel zu rechnen. Wird am Ende der Nachdruckphase die Nadel geschlossen, muss ein Teil der vor der Nadel befindlichen Schmelze in die Kavit\u00e4t verdr\u00e4ngt werden, damit die Nadel den Anspritzpunkt korrekt verschlie\u00dfen kann. Je st\u00e4rker die Kunststoffschmelze bereits kristallisiert ist, umso schwieriger wird es, diesen Kunststoff noch zu verdr\u00e4ngen. Es kann dann zu einem \u00dcberladen des Angussbereiches kommen, oder es verbleibt ein kleiner Zapfen auf dem Artikel, weil die Nadel den Anspritzpunkt nicht mehr komplett verschlie\u00dfen kann.<\/p>\n\n\n\n

Nach einer simulierten Prozessunterbrechung von 15 Minuten lie\u00df sich der Prozess bei beiden Material-Typen ohne Einschr\u00e4nkungen wieder starten. Die ersten Teile zeigten eine leichte Verf\u00e4rbung. Der Vergleich in Bezug auf die K\u00fchlzeit zeigte, dass das Bio-Polymer GP 1045 und auch das Bio-Polymer GP 1012 nach einer K\u00fchlzeit von drei Sekunden problemlos entformt werden konnte. Allerdings sind bis zu einer K\u00fchlzeit von sechs Sekunden Eindr\u00fccke\/Verformung durch die Auswerferstifte erkennbar. Deshalb empfiehlt sich eine K\u00fchlzeit von mehr als sechs Sekunden, um Artikel mit einer Wanddicke von rund drei Millimeter ohne Verformung oder Eindr\u00fccke entformen zu k\u00f6nnen. Au\u00dferdem ist es empfehlenswert, eine angussnahe Temperierung vorzusehen, die separat betrieben werden kann. Der Spritzdruckverlauf der Nadelverschlussd\u00fcse bei der Verarbeitung des Materials M-Vera GP 1012 zeigte keine Auff\u00e4lligkeiten. Auch die Dokumentation der Prozessf\u00e4higkeit mit einer Laufzeit von einer Stunde zeigt einen stabilen Prozess.<\/p>\n\n\n\n

Biobasierte Materialien im Alltag<\/h3>\n\n\n\n

Im Juli 2021 wurde das EU-weite Verbot von Einweggeschirr aus Plastik eingef\u00fchrt. Da f\u00fchrte dazu, dass ein Hersteller sein Portfolio umstellen musste und nun Artikel aus einem biobasierten PP (Durasens Pure L40 Food) mit Holzzusatz fertigt. Das Besteck aus diesem Material ist f\u00fcr den mehrmaligen Gebrauch geeignet; es sind bis zu 125 Sp\u00fclg\u00e4nge im Geschirrsp\u00fcler m\u00f6glich. Hergestellt wird dieses Besteck in einem Werkzeug mit einem 24-fach- und einem 48-fach-Nadelverschluss-Hei\u00dfkanal-System. Um das Schussvolumen von etwa 5 Kubikzentimeter pro D\u00fcse zu verarbeiten, kommen die Nadelverschlussd\u00fcsen Typ 6NHF50LA-1,4 mit Blueflow-Heizung mit einem Anspritzpunkt-Durchmesser von 1,4 Millimeter und dem zweigeteilten Schaft f\u00fcr eine gute thermische Trennung zwischen temperiertem Werkzeug und Hei\u00dfkanal zum Einsatz. Die Verarbeitungstemperatur f\u00fcr diese Materialtype liegt zwischen 160 und 200 Grad Celsius. Bei einer Werkzeugtemperatur von 70 Grad Celsius konnten die Nadeln nach einer Nachdruckzeit von 20 Sekunden noch sicher schlie\u00dfen.<\/p>\n\n\n\n

Kaffeekapseln sind nicht nur praktisch zu handhaben, sondern sie punkten mit einem exzellenten Aroma und besonders dichter Crema. Da es sich bei diesen Kapseln um ein Einwegprodukt mit hohen St\u00fcckzahlen handelt, bietet sich auch hier der Einsatz von biobasiertem Polymer an. Auch hier bewiesen G\u00fcnther-D\u00fcsen ihre Leistungsf\u00e4higkeit bei der Verarbeitung der PLA-Biopolymere. Bei dieser Anwendung werden die Kapseln mit einem 48-fach-Werkzeug mit Nadelverschlusstechnik gefertigt.<\/p>\n\n\n\n

Diese Beispiele belegen die Erfahrung bei G\u00fcnther Heisskanaltechnik mit anspruchsvoll zu verarbeitenden Bio-Materialien. Der Frankenberger Spezialist hat nun auch hier nach eigenen Angaben neue Standards gesetzt und unterst\u00fctzt Unternehmen bei ihren Nachhaltigkeitsstrategien.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nachhaltigkeit ist mehr als nur Recycling. Nachhaltigkeit beginnt schon bei der Auswahl des Werkstoffs. Deshalb gewinnen sogenannte gr\u00fcne Kunststoffe mit Blick auf eine nachhaltige Kunststoffwirtschaft an Bedeutung. Biokunststoffe und biobasierte Werkstoffe er\u00f6ffnen technisch interessante Perspektiven und unterst\u00fctzen Unternehmen in ihren Strategien zur Nachhaltigkeit. Biokunststoffe wurden zun\u00e4chst als Alternative zu petroleumbasierten Kunststoffen entwickelt. Der Anteil an […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":148668,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Laut European Bioplastics wird der Anteil an Biokunststoffen in zahlreichen M\u00e4rkten f\u00fcr mehr und anspruchsvollere Produkte verwendet","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[23238,10608,12257,16236,13257,10719],"supplier":[435,24576],"class_list":["post-148653","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bio-based","tag-biomaterialien","tag-biooekonomie","tag-biopolymere","tag-kaffeekapseln","tag-lignocellulose","tag-naturfasern","supplier-european-bioplastics-ev","supplier-gunther-heisskanaltechnik-gmbh"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/148653","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=148653"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/148653\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/148668"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=148653"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=148653"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=148653"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=148653"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}